Performance modelling and analysis of a micro turbine engine
Bir mikro gaz türbin motorunun performans modellemesi ve analizi
- Tez No: 872327
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ONUR SON
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Gebze Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Enerji Teknolojileri Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 64
Özet
Günümüz havacılık endüstrisinde, mikro ölçekli gaz türbin motorları, özellikle insansız hava araçları ve model uçaklar için birçok avantaj sunmaktadır ve bu nedenle sıklıkla tercih edilmektedir. Mikro gaz türbin motorları, genellikle kerosen, JP-4, JP-8 ve dizel gibi farklı yakıt tipleriyle çalışabilirler. Geleneksel jet motorlarına kıyasla daha basit bir tasarıma sahip olmaları ve daha az parça içermeleri, bakım ve onarım maliyetlerini düşürmektedir. Ayrıca bu motorlar yüksek güç-ağırlık oranına sahiptir. Bir mikro gaz türbinin endüstrinin ihtiyaçlarına cevap verebilecek nitelikte tasarlanırken maliyet ve risklerin en düşük seviyede tutulması gerekmektedir. Özellikle, bu motorların yüksek teknik bilgi ve hassasiyet gerektiren tasarım süreçleri ve üretim yöntemleri vardır. Motorun optimize edilmesi ve performansının artırılması için detaylı mühendislik çalışmaları gerekmektedir. Mikro gaz türbin motorlarının performansını analiz etmek ve iyileştirmek için geliştirilen matematiksel modellerin doğruluğu ve güvenilirliği sağlanmalıdır. Bu tez kapsamında, AMT Netherlands tarafından üretilen Olympus HP turbojet detaylı bir şekilde incelenmektedir. Motor tek kademeli radyal kompresör ve eksenel türbin bileşenlerine sahiptir. Yardımcı sistemler olarak yakıt pompası, valfler, başlatma motoru, egzoz sıcaklık sensörü ve devir sensörü vardır. Motor kontrolü elektronik kontrol ünitesi ile yapılmaktadır. Motorun termodinamik ve performans karakteristiklerinin analizi için Brayton çevrimine dayalı bir boyutlu matematiksel model geliştirilmiştir. Bileşen modellenmesinde yayınlanmış kompresör performans haritası kullanılmış olup türbin performansı ise kompresör-türbin iş dengesi formülasyonu ile sağlanmıştır. Bu model, motorun özelliklerini ve davranışını daha iyi anlamak için literatürde ve üretici firma tarafından yayınlanan veriler ve deneysel test sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Doğrulama sürecinde, motorun deniz seviyesi statik koşullarındaki performansı belirli şaft hızlarında incelenmiş ve motorun itki üretimi, egzoz gaz sıcaklığı verileri ile istasyon sıcaklık ve basınçları karşılaştırılmıştır. Ayrıca, motorun farklı irtifalarda ve Mach sayılarında nasıl davrandığı teorik olarak incelenmiş ve sonuçlar, benzer bir sınıftaki farklı bir motorun yayınlanmış verileri ile karşılaştırılmıştır. Mikro gaz türbin motorlarındaki gelişmeler savunma sanayii, sivil ve endüstriyel enerji taleplerini de karşılayabilmesi giderek daha fazla tercih edilmesini sağlamıştır. Bu motorlar, yüksek güç-ağırlık oranına sahip olmaları, farklı yakıt seçenekleriyle ve düşük bakım maliyetleriyle geniş bir kullanım alanına sahiptir. Gelecekte, mikro ölçekli gaz türbin motorlarının daha da yaygınlaşması ve geliştirilmesi beklenmektedir. Sonuç olarak teorik çalışmaların pratik uygulamalarla kıyaslamasını içeren bu çalışma ile mikro gaz türbin motorlarının elektronik kontrol ünitesinin geliştirilmesi için faydalı çıkarımlar, tasarım faaliyetleri ve performans karakteristiğinin anlaşılması hedeflemektedir.
Özet (Çeviri)
In today's aviation industry, micro gas turbine (MGT) engines are used in unmanned aerial vehicles (UAVs), remote control (RC) model aircraft, small-scale power generators and as auxiliary power units (APU) in some aircraft. The advantages of these engines are their ability to operate on various fuels, low maintenance costs, simple design and high power-to-weight ratio. The preference for micro gas turbine engines brings along some costs and risks associated with their design and operation. These engines have design processes and manufacturing methods that require high technical knowledge and precision. Detailed engineering studies are required to optimize the engine and improve its performance. The accuracy and reliability of the mathematical models developed to analyze and improve the performance of micro gas turbine engines must be ensured. In this thesis, the Olympus HP turbojet engine manufactured by AMT Netherlands is analyzed in detail. This engine has single-stage radial compressor and axial turbine components and is also equipped with an electronic control unit for the control of auxiliary elements such as fuel pump, valves, starter motor. A 1D mathematical model based on the Brayton cycle has been developed to analyze the thermodynamic and performance characteristics of the engine. A published compressor map was used for component modelling and the turbine performance was provided by a compressor-turbine work balance formulation. This model is compared with data and test results published in the literature and by the manufacturer to better understand the characteristics and behavior of the engine. This study investigates the performance behavior of the engine under different environmental conditions. Firstly, the performance of the engine at certain shaft speeds in sea level standard air conditions was analyzed. The shaft speed dependent exhaust gas temperature, thrust data, station temperature and pressure data were calculated. This data was verified with the manufacturer and experimental test data published in the literature. In the second stage of the study, the model was run at different altitudes and Mach numbers to examine the engine behavior in flight. The results were compared with the data of the same class but different engine. In conclusion, this study, which includes a comparison of theoretical studies with practical applications, aims to understand the performance characteristics, off-design activities and useful implications for the development of the electronic control unit of micro gas turbine engines.
Benzer Tezler
- Değişken debilerde yüksek verimde çalışan bir çapraz akış türbini geliştirilmesi
Development of a cross flow turbine for various flow rate conditions at high efficiency
ALAATTİN METİN KAYA
Doktora
Türkçe
2011
Makine MühendisliğiKocaeli ÜniversitesiMakine Eğitimi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. K. SÜLEYMAN YİĞİT
- Mikro gaz türbin çevriminin simülasyonu ve sistem kompenentlerinin optimizasyonu
Simulation of a micro gas turbine cycle and optimization of the system components
TOLGA ÇAKMAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2007
Makine MühendisliğiUludağ ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUHSİN KILIÇ
- Concurrent design of a micro-turbine incorporating model based design
Model tabanlı tasarım içeren bir mikro-türbin eşzamanlı tasarımı
OLCAY SARI
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ONUR TUNÇER
YRD. DOÇ. DR. ÇAĞLAR ÜÇLER
- Modeling and analysis of an intelligent controlled micro grid power system
Akıllı denetimli bir mikro şebeke güç sisteminin modellemesi ve analizi
YOUSSEF HAICAL
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGaziantep ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. AHMET METE VURAL
- Torna takımlarında mikro yüzey teksürü uygulamasının kesme kuvvetlerine etkisinin incelenmesi
Investigation of micro surface texture application on turning tools on cutting forces
EMRE AKI
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ CANAN GAMZE GÜLERYÜZ PARASIZ
DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİ TANER KUZU